復合結構隔熱材料的制備與性能研究.pdf

1、常見的纖維類隔熱材料有石棉、巖棉、玻璃纖維、硅酸鋁纖維、高硅氧纖維和氧化鋁纖維等。這些材料具有低熱導率、輕容重、高熱容、易加工成型和良好的力學性能等特點。但單一的傳統(tǒng)紡織材料不能滿足高溫下防火裝備的耐高溫隔熱要求。SiO2氣凝膠具有優(yōu)異的隔熱性能,但在高溫時對傳遞熱輻射能量的紅外電磁波具有穿透性,其輻射熱導率會隨溫度升高而迅速增加。此外,SiO2氣凝膠的強度很低,限制了其實際應用。
　　本論文采用具有熱反射性能的材料為填料,對耐高

2、溫無機面料進行涂層,探討了涂層面料的熱性能;將SiO2氣凝膠中摻雜遮光劑并填充到三維間隔織物中,研制了具有良好隔熱性能和物理性能的SiO2氣凝膠復合材料。然后將兩種材料復合起來,制成具有良好隔熱性能的復合材料。
　　以六鈦酸鉀晶須和二氧化鈦等紅外反射材料為涂層填料,玄武巖織物和石英織物等無機織物為基布,制備了六鈦酸鉀晶須/玄武巖涂層、六鈦酸鉀晶須/石英涂層、二氧化鈦/玄武巖涂層和二氧化鈦/石英涂層等涂層面料。并對涂層面料進行了熱性

3、能測試和力學性能測試,同時,將涂層織物和鋁箔鍍層織物相互組合,測試組合面料的TPP值。
　　研究結果顯示,在涂層厚度保持一致的情況下,隨著涂層中功能粒子含量增加,涂層織物的反熱輻射性能、隔熱性能逐漸增加,斷裂強力和撕裂強力逐漸下降。隨著涂層中功能粒子含量的逐漸增加,涂層織物熱面的溫度逐漸降低,主要是因為涂層中功能粒子具有反紅外輻射的作用。隨著功能粒子含量的增加,具有反紅外輻射作用的粒子也增多,涂層織物表現(xiàn)出優(yōu)良的反紅外輻射特性。但

4、是,當涂層中功能粒子的含量超過10％時,涂層織物的熱面溫度下降率幾乎不變,是由于功能粒子含量較多,分子間范德華力增加,進而引起功能粒子團聚,起反射作用的粒子減少。當功能粒子含量為10%時,TiO2涂層織物表面的溫度下降約20.8%,冷熱面溫差最高提高了約40%,K2Ti6O13晶須涂層織物表面的溫度下降約23.1%,冷熱面溫差最高提高了約120%。因此,所制備的涂層織物具有良好的反熱輻射隔熱性能。TPP測試結果表明,以涂層面料為組合面料

5、的外層時TPP值大于以鋁箔鍍層織物為組合面料外層時的TPP值,并且TPP值都大于28。說明涂層面料具有良好的反熱輻射和隔熱性能。
　　以正硅酸乙酯(TEOS)為硅源,無水乙醇(EtOH)為溶劑,鹽酸和氨水分別作為酸堿兩步法中的酸性和堿性催化劑,N,N-二甲基甲酰胺為化學干燥控制劑(DCCA),三甲基氯硅烷為表面修飾劑,六鈦酸鉀晶須為遮光劑,三維間隔織物為復合材料骨架,制備SiO2干凝膠和摻雜六鈦酸鉀晶須SiO2干凝膠填充三維間隔織

6、物(三維間隔復合材料)。然后對SiO2干凝膠進行掃描電鏡分析、紅外光譜分析、X射線衍射分析、差熱-熱重分析、比表面積測試、疏水性能測試、導熱系數(shù)測試等組織性能和結構測試,對三維間隔復合材料進行熱學性能測試和力學性能測試,如 TPP測試、平壓測試、側拉測試和四點彎曲測試等。
　　測試結果顯示,所制備的SiO2干凝膠基本上為無序非晶二氧化硅,構成SiO2干凝膠的粒徑大小為50nm左右。摻雜六鈦酸鉀晶須后SiO2干凝膠的隔熱性能顯著提高